We present INSPIRE, a top-performing general-purpose method for deformable image registration. INSPIRE brings distance measures which combine intensity and spatial information into an elastic B-splines-based transformation model and incorporates an inverse inconsistency penalization supporting symmetric registration performance. We introduce several theoretical and algorithmic solutions which provide high computational efficiency and thereby applicability of the proposed framework in a wide range of real scenarios. We show that INSPIRE delivers highly accurate, as well as stable and robust registration results. We evaluate the method on a 2D dataset created from retinal images, characterized by presence of networks of thin structures. Here INSPIRE exhibits excellent performance, substantially outperforming the widely used reference methods. {We also evaluate INSPIRE on the Fundus Image Registration Dataset (FIRE), which consists of 134 pairs of separately acquired retinal images. INSPIRE exhibits excellent performance on the FIRE dataset, substantially outperforming several domain-specific methods.} We also evaluate the method on four benchmark datasets of 3D magnetic resonance images of brains, for a total of 2088 pairwise registrations. A comparison with 17 other state-of-the-art methods reveals that INSPIRE provides the best overall performance. Code is available at http://github.com/MIDA-group/inspire


翻译:我们提出INSPIRE,一种面向可变形图像配准的通用高性能方法。INSPIRE将融合强度与空间信息的距离度量引入基于弹性B样条的变换模型,并采用逆不一致性惩罚机制以实现对称配准性能。我们引入了多项理论与算法优化方案,显著提升了计算效率,从而使该框架能够广泛应用于各类实际场景。实验表明,INSPIRE能够提供高精度、稳定且鲁棒的配准结果。我们首先在视网膜图像构建的二维数据集上评估该方法,该数据集以薄结构网络的存在为特征。在此场景下,INSPIRE展现出卓越性能,大幅优于广泛使用的参考方法。此外,我们在眼底图像配准数据集(FIRE)上进行评估,该数据集包含134组独立采集的视网膜图像对。INSPIRE在FIRE数据集上同样表现优异,显著超越多种领域专用方法。我们还利用四个基准数据集对方法进行评估,涉及大脑三维磁共振图像,共计2088对配准任务。与17种其他前沿方法的比较表明,INSPIRE提供了最佳的整体性能。相关代码已开源至http://github.com/MIDA-group/inspire。

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图像配准是图像处理研究领域中的一个典型问题和技术难点,其目的在于比较或融合针对同一对象在不同条件下获取的图像,例如图像会来自不同的采集设备,取自不同的时间,不同的拍摄视角等等,有时也需要用到针对不同对象的图像配准问题。具体地说,对于一组图像数据集中的两幅图像,通过寻找一种空间变换把一幅图像映射到另一幅图像,使得两图中对应于空间同一位置的点一一对应起来,从而达到信息融合的目的。 该技术在计算机视觉、医学图像处理以及材料力学等领域都具有广泛的应用。根据具体应用的不同,有的侧重于通过变换结果融合两幅图像,有的侧重于研究变换本身以获得对象的一些力学属性。
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